Petr Humpolíček se zabývá výzkumem biomateriálů, buněčnou biologií a genetikou. Tyto zájmy pak spojuje v oblasti testování biokompatiblity materiálů. Specializuje se na oblast přípravy biomimetických materiálů, zejména pak s využitím vodivých polymerů.

Petr Humpolíček byl či je hlavním řešitelem např. šesti projektů podpořených Grantovou agenturou české republiky. Tyto projekty se systematicky věnují vztahům mezi materiály, zejména elektricky vodivými a anizotropními, s buněčnými modely. Zvláštní důraz je v projektech kladen na simulaci in vivo podmínek v rámci in vitro experimentů a vývoj a využití alternativních metod testování biokompatibility. V rámci projektu SurfToGreen podpořeného z programu HORIZON-JU-CBE-2023 se s kolegy věnuje také vývoji nového portfolia povrchově aktivních látek na plně biologické bázi pro klíčové průmyslové aplikace.